铁道车辆热铆连接的疲劳可靠性分析

热铆连接的疲劳可靠性是铁道车辆运行安全的关键因素之一。通过ABAQUS建立了热铆连接有限元模型,模拟了热铆连接时铆钉的变形过程,根据铁道车辆运行时铆钉的受力情况对热铆后的结构进行静力学分析,通过Miner线性累积损伤理论和疲劳分析软件FE-SAFE对静力学结果进行疲劳寿命分析,并通过改变铆钉钉杆长度和镦头高度对疲劳寿命进行预测。结果表明:钉杆长度的改变对疲劳损伤位置有一定的影响;疲劳寿命随铆钉镦头高度的增大呈现先增大后减小的趋势;钉杆长度和镦头高度对热铆连接可靠性有一定影响,存在最佳铆接参数以提高热铆连接的疲劳可靠性。     

铆接干涉量对疲劳寿命的影响分析

铆接作为飞机结构装配中常用的装配方法,其特点主要是连接可靠,工艺简单,适用于各类机体结构之间的连接,其质量是提高飞机疲劳寿命的重要因素.基于塑性力学中铆钉镦粗的变形受力特点和机械连接可靠性理论,采用主应力法,结合有限元仿真,分析铆接过程中试件的受载情况,构建铆接变形受力模型,通过工艺试验,获得干涉量影响疲劳寿命的影响规律,在机械连接可靠性前提下提出飞机铆接的最佳干涉量范围.     

飞机蒙皮锤铆参数优化方法研究

针对飞机蒙皮和筋板锤铆过程,采用有限元法建立其运动学模型,以气压(锤铆力)、单钉铆接时间(单钉冲锤次数)及铆钉头内端面到蒙皮间距离为输入量,以镦头尺寸和蒙皮与筋板间间隙为输出量,对不同参数下飞机蒙皮锤铆过程进行仿真分析,得到60组样本数据。为了得到最优的铆接工艺参数,设计了基于BP神经网络的适应度函数,采用PSO算法对铆接工艺参数进行优化。仿真及实验结果表明:所优化的工艺参数能实现较好的铆接质量。     

飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。     

铆接工艺参数分析

为了充分了解铆接后铆钉及被连接件的残余应力分布状态,以及精确分析残余应力和铆接工艺参数之间的关系,采用非线性有限元分析软件ABAQUS建立了铆钉连接的参擞模型,通过准静态方式模拟了铆钉连接时铆钉和被连接件的变形过程.根据分析结果建立了残余应力和铆钉钉杆长度及钉孔间隙之间的关系式和关系曲面.结果表明,残余应力随着钉杆长度的增加而增大,而随着钉孔间隙的增大而减小,增加钉杆长度或减小钉孑乙间隙可有效增大残余应力,为实际的铆钉连接工艺过程提供了有益的指导.     

铝合金夹层结构自动钻铆工艺参数研究

研究了铝合金夹层结构进行自动钻铆的工艺参数。对钻尖顶角、主轴转速、进给量进行正交试验,得出制孔工艺参数为:钻尖顶角120°、主轴转速16 000 r/min,进给量0.1 mm/r。以Φ4 mm铆钉为例,以铆钉镦头成型高度为评价指标,对铆钉长度、铆接输入气压、铆接时间进行正交试验,得出铆接工艺参数为:铆钉长度9 mm,输入气压0.5 MPa,铆接时间2 s。     

电磁铆接工艺试验及参数仿真优化

电磁铆接是一种新兴的高能量铆接技术,其加载速率快、效率高,钉杆受力均匀,能够形成较好的干涉配合;但由于能量高与加载速率快的问题,极易造成钉杆裂纹、镦头质量不佳以及被铆接材料损坏等现象。实验采用Ansoft Maxwell有限元分析建立铆接模型,对铆接线圈加载电压以及受力情况进行分析。再对公称直径5mm的304不锈钢铆钉进行电磁铆接工艺试验。针对仿真与实验结果的比对,调整工装结构并确定不锈钢铆钉最佳铆接电压的范围,形成较好的铆接镦头,铆钉与被铆接板材实现了较好的干涉配合。     

孔径对铆接连接件疲劳寿命影响的试验

基于疲劳试验研究了孔径对铆接连接件疲劳寿命的影响。分析试验件破坏形式发现,疲劳破坏存在多个疲劳源,最先发生疲劳裂纹的铆钉位置可通过比较裂纹长度和宽度判定。比较该铆钉孔孔径对应的试验件的疲劳寿命试验结果表明:在较高应力水平作用下,不同孔径对应的疲劳寿命差异较小;在较低的应力水平作用下,对于凸头铆钉铆接件,孔径在4.07~4.08 mm范围内的试验件疲劳寿命较优;对于沉头铆钉铆接件,孔径在4.07~4.10 mm范围内的试验件疲劳寿命较优。为此,建议将5/32 in的铆钉对应的孔径控制在4.07~4.10 mm范围内,通过控制孔径的方法可以达到提高铆接连接件疲劳寿命的目的。     

异种高性能热塑性材料旋转摩擦铆接工艺研究

研究了摩擦铆接设备的不同主轴动力参数对AA2024-T351铆钉/PEI ULTEM-1000母材摩擦铆接工艺镦头形态的影响。铆钉旋转速度、铆钉铆入速度、下压距离和急停速度是铆接镦头主要工艺参数,研究结果表明：铆钉旋转速度越高,摩擦铆接连接区域热输入越多;铆钉铆入速度过小,会出现铆钉逐渐深入钻削的现象,影响热量在铆钉和母材接触区域的积聚,铆钉铆入速度过高,热量还未来得及产生,铆钉材料就被撞弯;下压距离和急停速度可以调控摩擦铆接工艺镦头连接紧固效果。     

复合材料结构的干涉配合铆接

干涉配合能提高接头疲劳寿命 ,复合材料结构干涉配合连接的关键在于干涉量的控制。提出采用垫圈限制铆钉钉杆的膨胀 ,采用合适的钉孔间隙减小干涉量 ,并利用电磁铆接钉杆膨胀均匀的特点实现了复合材料结构的干涉配合铆接。